申请日2021.09.16
公开日期2021.12.07
IPC分类C02F101/10;C02F9/14
摘要
本发明涉及一种模块化微生物载体固化MBR自养脱氮反应器，包括依次连接的厌氧模块、第一缺氧模块、除磷模块、好氧模块和第二缺氧模块，厌氧模块、第一缺氧模块、好氧模块和第二缺氧模块内的中下部均设有微生物填料载体，且微生物填料载体的上方和下方均设有柔性和刚性双层过滤层；第一缺氧模块、好氧模块和第二缺氧模块内的微生物填料载体的上方均设有膜装置，用于拦截从双层过滤层流失的少量微生物和污泥，同时进行生化处理；除磷模块包括前段部分和后段部分，前段部分的顶部设有加料口，前段部分设有排磷口，用于连通前段部分与后段部分；后段部分的中下部设有汇集过滤装置，汇集过滤装置连接排磷管，用于过滤并排出磷沉淀物。
权利要求
1.一种模块化微生物载体固化MBR自养脱氮反应器，其特征在于，包括依次连接的厌氧模块、第一缺氧模块、除磷模块、好氧模块和第二缺氧模块，所述厌氧模块、第一缺氧模块、好氧模块和第二缺氧模块内的中下部均设有微生物填料载体，且所述微生物填料载体的上方和下方均设有柔性和刚性双层过滤层；
所述第一缺氧模块、好氧模块和第二缺氧模块内的微生物填料载体的上方均设有膜装置，用于拦截从双层过滤层流失的少量微生物和污泥，同时进行生化处理；
所述除磷模块包括前段部分和后段部分，前段部分的顶部设有加料口，用于投加捕捉剂，前段部分设有排磷口，用于连通前段部分与后段部分；所述后段部分的中下部设有汇集过滤装置，汇集过滤装置连接排磷管，用于过滤并排出磷沉淀物。
2.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述厌氧模块的中下部设有第一微生物填料载体，用于处理污水的厌氧微生物固化在填料载体上；
所述第一微生物填料载体为碳化硅烧结料。
3.根据权利要求2所述的反应器，其特征在于，所述第一微生物填料载体的上方由下至上依次设有柔性过滤层和刚性过滤层，第一微生物填料载体的下方由上至下依次设有柔性过滤层和刚性过滤层；
两层柔性过滤层的外侧设有刚性过滤层，刚性过滤层的孔径小于柔性过滤层的孔径。
4.根据权利要求3所述的反应器，其特征在于，所述第一缺氧模块的中下部设有第二微生物填料载体、柔性过滤层和刚性过滤层，结构与厌氧模块的所述第一微生物填料载体、柔性过滤层和刚性过滤层相同。
5.根据权利要求4所述的反应器，其特征在于，所述第二微生物填料载体的上方的刚性过滤层的上方设有第一膜装置，所述第一膜装置包括支撑架及支撑架上竖直排列的若干个膜组件，所述膜组件包括膜主轴、缠绕丝和膜带，所述膜主轴竖直放置，缠绕丝贯穿膜带，缠绕丝以膜主轴为中心、围绕膜主轴螺旋缠绕；
所述缠绕丝穿入膜带，缠绕丝以膜主轴为中心轴沿轴向四周辐射、围绕膜主轴呈双螺旋状缠绕，使得膜带牢固地缠绕在膜主轴上，且由于缠绕丝在膜带内部起支撑作用。
6.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述除磷模块的前段部分的高度高于后段部分；前段部分的下部设有排磷口，用于将前段部分的下部与后段部分的上部连通；
所述前段部分设有搅拌装置，所述搅拌装置的搅拌主轴的中上部设有搅拌桨，用于搅拌并促进捕捉剂与污水中磷的接触；搅拌主轴的下部设有刮磷板，用于推动前段部分下部的磷沉淀物通过排磷口进入后段部分；
所述刮磷板的转速小于搅拌桨的转速。
7.根据权利要求6所述的反应器，其特征在于，所述后段部分的上部设有布水管，布水管上均匀分布若干个出水口，布水管的两端分别为进水端和出水端，进水端可拆卸连接排磷口，出水端设有控制阀，用于冲洗布水管时排水和磷沉淀物。
8.根据权利要求7所述的反应器，其特征在于，所述前段部分的上方设置循环利用装置，所述循环利用装置包括管道混合器和液碱罐，管道混合器的进口通过管道并联液碱罐和出水管，管道混合器的出口通过管道连接前段部分；
液碱罐储存碱液，并将碱液输入管道混合器，所述反应器处理后的水体输入管道混合器，用于调节碱液的浓度。
9.根据权利要求5所述的反应器，其特征在于，所述好氧模块的中下部设有第三微生物填料载体、柔性过滤层和刚性过滤层，结构与厌氧模块的第一微生物填料载体、柔性过滤层和刚性过滤层相同；
所述第三微生物填料载体的上方设有第二膜装置，第二膜装置的结构与第一膜装置相同。
10.根据权利要求3所述的反应器，其特征在于，所述第二缺氧模块的中下部设有第四微生物填料载体、柔性过滤层和刚性过滤层，结构与厌氧模块的第一微生物填料载体、柔性过滤层和刚性过滤层相同；
所述第四微生物填料载体为复合填料，包括含硫填料和所述碳化硅烧结料，含硫填料选自硫铁矿、硫代硫酸钠、单质硫中的一种或两种以上的组合；
所述第四微生物填料载体的上方设有第三膜装置，第三膜装置包括若干个竖直排列的毛细管式MBR膜；
所述第三膜装置和第四微生物填料载体对应的第二缺氧模块的四周内壁上分别均匀设有超声发生器。
说明书
一种模块化微生物载体固化MBR自养脱氮反应器
技术领域
本发明属于污水处理装置技术领域，具体涉及一种模块化微生物载体固化MBR自养脱氮反应器。
背景技术
生化处理是一种重要的污水处理方法，利用生化厌氧和好氧污泥将污水中的污染物进行降解和去除，实现污水的达标净化处理。随着国家相关政策的要求和标准的提升，污水处理过程中总氮的稳定达标处理，目前已经成为影响污水处理行业发展的瓶颈问题。
目前，污水在生化处理的过程中往往需要向处理的污水中投加大量的葡萄糖、乙酸钠、淀粉等碳源，造成污水处理成本大大增加，要是叠加投加碳源的种类或数量控制不当的影响，会造成残余的有机碳源二次污染的隐患问题；同时还要加大污水生化好氧处理后的硝化液回流比，来实现污水的反硝化处理来降低污水中总氮含量，造成污水处理过程中回流量的增加，使得污水实际处理量和处理效率大大降低；另外，生化处理的污泥会随同处理的污水生长并随同水体流出，为防止生化污泥流失并使水体清澈，往往需要后继增加污泥沉淀处理环节，并对沉淀的剩余污泥进行处理，造成污水处理流程和环节增加，同时污泥作为固废，其处理通常成本高昂且需具备处理资质，造成污水处理成本大大增加；并且沉淀处理后流出的清水往往水体中仍含有固体悬浮物，造成水体难以达标，往往需要后继进行砂滤或多介质进行过滤处理，使得污水处理的流程和环节进一步增加，污水处理成本进一步增加；另外污水在生化处理时，往往存在生化污泥和处理菌种易随水流流失的现象，污水处理效果持续性难以保证。
因此，开发出一种脱氮反应器，解决上述问题，就显得尤为重要。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种模块化微生物载体固化MBR自养脱氮反应器，包括依次连接的厌氧模块、第一缺氧模块、除磷模块、好氧模块和第二缺氧模块，所述厌氧模块、第一缺氧模块、好氧模块和第二缺氧模块内的中下部均设有微生物填料载体，且所述微生物填料载体的上方和下方均设有柔性和刚性双层过滤层；
所述第一缺氧模块、好氧模块和第二缺氧模块内的微生物填料载体的上方均设有膜装置，用于拦截从双层过滤层流失的少量微生物和污泥，同时进行生化处理；
所述除磷模块包括前段部分和后段部分，前段部分的顶部设有加料口，用于投加捕捉剂，前段部分设有排磷口，用于连通前段部分与后段部分；所述后段部分的中下部设有汇集过滤装置，汇集过滤装置连接排磷管，用于过滤并排出磷沉淀物。
本发明所述的反应器将污水处理进行模块化集成设计，依次对污水进行厌氧处理、缺氧处理、除磷处理、好氧处理等，实现污水的深度处理，实现污水处理的一站式集约化服务，使整个反应器通用性更强，减少了占地面积，节省了现场建造和安装时间，便于快速推广和应用；在好氧模块之后设置第二缺氧模块，将好氧处理后的硝化液排入第二缺氧模块进行反硝化处理来降低污水中总氮含量，避免了硝化液回流至第一缺氧模块，变向增大所述反应器的整体处理能力；通过厌氧模块、第一缺氧模块、好氧模块和第二缺氧模块内微生物填料载体的双层过滤层，既可保证固化微生物的填料载体保持一定的活动空间，与污水中污染物能够充分接触，从而提高处理效果，同时又可有效防止载体和微生物流失，提高污水处理效率；所述膜装置设在填料上方，膜装置与微生物填料共同作用，实现对污水的联动、分级和梯度处理，大大提高污水生化处理效率和污水处理效果。
可选的，所述厌氧模块的中下部设有第一微生物填料载体，用于处理污水的厌氧微生物固化在填料载体上。
可选的，所述第一微生物填料载体为碳化硅烧结料，所述第一微生物填料载体为颗粒状，粒径大小为0.5-10cm。
可选的，所述第一微生物填料载体的上方由下至上依次设有柔性过滤层和刚性过滤层，第一微生物填料载体的下方由上至下依次设有柔性过滤层和刚性过滤层；两层柔性过滤层的外侧设有刚性过滤层，刚性过滤层的孔径小于柔性过滤层的孔径。
可选的，所述第一缺氧模块的中下部设有第二微生物填料载体、柔性过滤层和刚性过滤层，结构与厌氧模块的第一微生物填料载体、柔性过滤层和刚性过滤层相同，只是固载的微生物为筛选并驯化的缺氧微生物，具体为异养型微生物菌种，需要污水中的有机污染物作为电子供体，为异养型微生物菌种提供外部电子，实现碳自养，无需另加碳源，同时处理污水中的COD和进行反硝化作用。
可选的，所述第一缺氧模块的第二微生物填料载体上方的刚性过滤层的上方设有第一膜装置，所述第一膜装置包括支撑架及支撑架上竖直排列的若干个膜组件，所述膜组件包括膜主轴、缠绕丝和膜带，所述膜主轴竖直放置，缠绕丝贯穿膜带，缠绕丝以膜主轴为中心、围绕膜主轴螺旋缠绕。
进一步可选的，所述膜带的材质选自PVDF、ABS、PTFE、PVC中的一种，所述缠绕丝穿入膜带，缠绕丝以膜主轴为中心轴沿轴向四周辐射、围绕膜主轴呈双螺旋状缠绕，使得膜带牢固地缠绕在膜主轴上，且由于缠绕丝在膜带内部起支撑作用，使得膜带覆盖膜主轴与缠绕丝之间的空间，增加了膜带的表面积。
本发明所述第一膜装置的构造，能够可强化膜组件与水流流体间的剪切作用，增强水流在膜表面的湍动，强化对流传质效果，有效提高第一膜装置的处理通量，并避免第一膜装置的污堵，延长第一膜装置的清洗周期。同时，第二微生物填料载体流失的少量微生物或活性污泥，能够被第一膜装置有效截留，并附着在第一膜装置上，使得第一膜装置同时发挥生化处理的作用，因此，第一膜装置和第二微生物填料实现对污水的联动、分级和梯度处理，提高污水生化处理效率和效果。
所述除磷模块的前段部分的高度高于后段部分；前段部分的下部设有排磷口，用于将前段部分的下部与后段部分的上部连通；所述前段部分设有搅拌装置，所述搅拌装置的搅拌主轴的中上部设有搅拌桨，用于搅拌并促进捕捉剂与污水中磷的接触；搅拌主轴的下部设有刮磷板，用于推动前段部分下部的磷沉淀物通过排磷口进入后段部分；所述刮磷板的转速小于搅拌桨的转速。
所述搅拌装置的变频电机处于水面上方，搅拌主轴分为上下两部分，上部分设有搅拌桨，下部分设有刮磷板，上部分与下部分的连接处设有减速装置，用于降低下部分的转速，所述减速装置采用市场上能实现减速的装置即可，例如减速齿轮，通过不同大小和齿距的齿轮相互配合，降低下部分的转速，从而降低刮磷板的转速。
可选的，所述后段部分的上部设有布水管，布水管上均匀分布若干个出水口，用于向所述汇集过滤装置均匀喷撒磷沉淀物和污水；布水管的两端分别为进水端和出水端，进水端可拆卸连接排磷口，出水端设有第一控制阀，出水端用于冲洗布水管时排水和磷沉淀物。
所述排磷管的底部伸出后段部分，并连接相关的处理装置。可选的，所述排磷管上设有排磷控制阀和排放泵，排磷控制阀的开度可调节。
本发明为了提高污水除磷效果和除磷后污水的澄清程度，设计了分段式除磷模块。传统的上下或左右一体式除磷装置，先通过化学反应或吸附作用形成磷沉淀物，再利用动力设备输入至过滤装置，分别得到磷沉淀物和污水，但污水中通常会残留含磷的絮状不溶物，除磷效果不理想。本发明所述的除磷模块的前段部分在搅拌主轴上设计了上下不同位置的搅拌桨和刮磷板，利用自身的重力或粒径评判磷沉淀物是否充分成长，提高了捕捉剂的利用率；待磷沉淀物充分成长后再进行过滤，可有效提高过滤效果，提高过滤后污水的澄清程度。
本发明的除磷模块还可以对捕捉剂再生循环利用，可选的，所述前段部分的上方设置循环利用装置，所述循环利用装置包括管道混合器和液碱罐，管道混合器的进口通过管道并联液碱罐和所述出水管，管道混合器的出口通过管道连接前段部分；液碱罐储存碱液，并将碱液输入管道混合器，所述反应器处理后的水体输入管道混合器，用于调节碱液的浓度。
所述好氧模块的中下部设有第三微生物填料载体、柔性过滤层和刚性过滤层，结构与厌氧模块的第一微生物填料载体、柔性过滤层和刚性过滤层相同，只是固载的微生物为筛选并驯化的好氧微生物。
所述第三微生物填料载体的上方设有第二膜装置，第二膜装置的结构与第一膜装置相同。
所述第二缺氧模块的中下部设有第四微生物填料载体、柔性过滤层和刚性过滤层，结构与厌氧模块的第一微生物填料载体、柔性过滤层和刚性过滤层相同，只是固载的微生物为筛选并驯化的自养型缺氧微生物。
可选的，所述第四微生物填料载体为复合填料，包括含硫填料和所述碳化硅烧结料，含硫填料选自硫铁矿、硫代硫酸钠、单质硫中的一种或两种以上的组合。
所述第四微生物填料载体的上方设有第三膜装置，第三膜装置包括若干个竖直排列的毛细管式MBR膜，膜直径为1-10mm。
可选的，所述第三膜装置和第四微生物填料载体对应的第二缺氧模块的四周内壁上分别均匀设有超声发生器，超声发生器频率可调节。
本发明所述的反应器无污泥排放，在除磷模块之外的几个模块内，通过微生物填料载体、柔性和刚性过滤层和膜装置的设置，首先微生物通过填料载体固化后，在污水处理过程中少流失无衰减耐冲击，保证污水处理的稳定运行、处理效率和持续性；然后，少量流失的微生物和污泥被双层过滤层截留，既使填料载体具有一定的活动空间，与污水充分接触，又防止填料载体流失；最后，膜装置在填料载体上方，与填料载体共同作用，实现对污水的联动、分级和梯度处理，同时再次截留流失的少量微生物和污泥，大大提高污水生化处理效率和污水处理效果。
（发明人：张传兵; 王杰; 周东博; 徐亚慧; 陈永强; 陈顺; 鄂智; 赵泽帆; 胡进林; 王美强; 何家乐; 朱方阳; 都向华）
